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玻璃钢夹砂管与铸铁管、预应力混凝土管技术分析及其发展前景

2017-12-12  来自: 福建路通管业科技股份有限公司 浏览次数:394
      在市政供水和污水工程中,选择合适的管材对工程质量、造价及效益有着较大的影响。玻璃钢夹砂压力管道作为一种新型工程管材,在技术性能与灰口铸铁管、预应力混凝土管相比具有很大的优势,现对这三种管道进行分析。

1灰口铸铁管

  灰口铸铁管曾在解放初期到 80年代初在我国大量应用,据国外资料报道,灰口铸铁工艺在 50年代首先在西德试验成功,然而多年来世界各国对这项工艺的技术资料介绍甚少,甚至西德的生产终了还是采用离心浇铸工艺球墨铸铁,这说明该工艺应用于生产有其难以克服的缺点。由于灰口铸铁工艺的工装设备简单、投资较少、上马较快,其生产效率比当时落后的泥型半硬横立浇工艺或砂型横浇工艺要高。为了适应当时的工农业建设发展需要大量的管道,我国从 60年代起相继在各地生产铸铁管,一直延续至今。用该工艺生产铸铁管确实具有工艺简单、生产速度快、产量高的优势,可惜的是该工艺先天不足,生产出来的管道,常在新排管试压和投产运行后发生爆管、断裂。70年代初,此类爆管在我国各地屡有发生,开始引起同行警觉。但80年代爆管的情况加剧,不仅影响正常供水服务,有时还造成灾难性后果,经济损失和社会影响甚大。例如:①北京市自来水公司1974~1975年间,铺设的上海铸管厂的 DN1200灰口铸铁管,由于施工和试压过程中发生多次爆管,达不到设计和使用标准全线拆除,损失巨大;②天津市自来水公司于 1987年在黑牛城道的 DN1200灰口铸铁管一次爆管,淹没农田就赔偿 30万元,后曾发生多次爆管,被迫改换钢管。其实灰口铸铁管爆管的事例在不少城市时有发生。经分析,认为与该管的工艺有关。这种工艺在生产过程中,不可避免地在管外壁产生过冷区,使这个部位的材质变脆,强度较别处低。又由于工艺的缺陷,整个管体组织比较疏松,易生气孔,这都是该工艺的缺点。因此我国在 80年代中、后期已很少用灰口铸铁管,而使用预应力混凝土管(注:直径≤200mm的灰口铸铁管道仍在使用,但要全部采用柔性接口)。

2预应力钢筋混凝土管

   ⑴预应力钢筋混凝土管的优点是节约金属,在正常土质下无需内外防腐,价格便宜,而且是柔性接口。从营口、唐山等地震的调查资料表明:金属管损坏严重,而预应力钢筋混凝土管反而损坏较少。但其缺点也是明显的,笨重,搬运损坏率高,缺乏配套管件,另外还有几点问题也日益在应用过程中显现出来。预应力钢筋混凝土管道通常作为耐腐蚀管道使用,但国内使用情况表明,在腐蚀性地带如盐碱地带、海滨地区或部分非强腐蚀地区,因环筋锈蚀发生爆管事故,例如:①包头市铺设的DN1400预应力钢筋混凝土管,由于长期浸泡在腐蚀性的沟槽中,两年后环筋锈蚀,断裂造成全线报废;②山东一条 DN1000的预应力钢筋混凝土管于 1981铺设后,因钢筋断裂严重而报废。分析其产生的原因,一:由于保护层是后期喷涂施工,与预制的芯管结合不好,造成外水或湿气渗入,使预应力钢筋氧化锈蚀,导致破断事故;二:水泥砂浆与钢筋的粘接界面处理不合理。由于水泥的吸水性,在水分进入管内时,极易破坏该界面并锈蚀钢筋,同时由于其是脆性材料,易引起突发事故。

  ⑵水利性能差、能耗高。预应力钢筋混凝土管的管内糙率系数在几种管材中是较高的,其 η=0.013~0.014,内表面粗糙度达  0.3~3.0mm,这样对于同样的输水量,同等管径的管线,其沿程阻力就高,需要增大泵的扬程,增大初期投资,同时运行费用因耗电量大,也大幅度增加,而且从其工艺分析其芯管大都离心法成型,混凝土的水灰比较大,在离心力的作用下,粗骨料偏靠管的外壁,而管内壁则由于细骨料和水分的析出,其强度和耐腐蚀性较差,当管内受水流长期冲刷和浸泡后,内壁可能发生磨损和剥蚀,糙率增大,增大了水头损失。水泥砂浆衬里在某些情况下会对水质产生不利影响,试验表明如砂受到能溶解石灰的水侵蚀会导制砂浆流失、砂浆受损、水被碱化、PH值升高、增加氯耗、水消毒的效果受到影响等。

  ⑶管件不配套,管件通常选用铸铁管件,两者的承压能力、使用寿命、耐蚀状况不一样,因此埋下事故隐患。

  此外,所有的传统管道都存在对水锤作用承载能力差,极易引起重大事故,水锤的引起原因是多方面的,比如,排气阀设置不当或失灵,在突然停电或机泵开停时,以及阀门的快速关闭,都会引起水锤作用,即内压的突然增高,其增高的比例与管材的环向拉伸模量和壁厚与直径的比例有关,由于传统的管材不是环向拉伸模量过高,就是壁厚太厚,或者两者兼而有之,造成水锤引起的压力增高相当大,而管材的自身承载力不够(其安全系数只有 1.2~5,不同管不一样)造成破坏。

3玻璃钢管道

  玻璃钢管材作为一种新兴材料,避免了传统管材的缺点,比如:

3.1耐腐蚀性能好

  由于玻璃钢管道为高性能的树脂和高强纤维的复合材料,可耐酸碱盐的腐蚀,水或土壤中介质的腐蚀,不会对其产生任何影响。

3.2对水质影响小

  在给水管线中,玻璃钢管道采用的内衬树脂为高韧性食品级树脂,通过国家卫生部及地方防疫部门的检测,满足国家饮水要求,而且,该产品在电子行业的电子用纯水系统和食品酿造行业的大量使用也证明其对水质无任何不良影响,同时,科学院生态环境研究中心和北京市卫生防疫站联合做的试验表明,在通过对不同材质的水箱储水进行物理、化学、有机物检测对比后,玻璃钢材质对水的影响较小,几乎微不可测,只有通过先进的气相色谱  -质谱联用 (GC—MS)  

和电喷雾质谱(ESIMS)等技术可以测出(当时比较的其它材质有:搪瓷钢板、不锈钢板、镀锌钢板)。

3.3磨擦阻力小输送能力高

  由于玻璃钢管为内芯模成型,内表面极为光滑,通过水利水电科学院水利学研究所的测定,该种管道的糙率系数只有 0.0079,内表面的当量粗糙度为0.0054mm,同时,由于其内壁光滑,且有优异的抗蚀性能,不会产生水垢和微生物的滋生,有效保证水质,保持水阻的稳定。而且钢管一般为 0.012,水泥管或水泥砂浆衬里管一般为0.014左右,传统管材还存在日后水阻增大和表面结垢的现象。

3.4强度高,适用性强

  玻璃钢管的极限强度通过合理设计可达 300MPa,超过碳钢的强度,其设计安全系数大于6,根据前面所讲的一则玻璃钢本身模量低,壁厚与直径比小,其引起的水锤压力小;二则管材的安全系数高,在压力有波动或运行中产生水锤作用时管材也不会破坏。

3.5工程寿命长,安全可靠

  由于其耐腐蚀、强度高、安全系数大,其设计寿命为50年以上。

3.6工程费用低,施工方便快捷

  采用玻璃钢夹砂管可以节省工期,降低工程费用,原因有二:①RPMP管重量轻,单根管长达 12米,接口数量少,运输安装费用低,无需大型机械,且安装过程承插操作简单,调整容易,安装速度快;②RPMP管接口为承插双“O”型密封圈连接带试压嘴,可以通过试压嘴现场检测接口密封质量,确保工程一次通水成功,避免二次返工造成的人力、物力的浪费和工期的增加。

3.7在应用方面

  玻璃钢夹砂压力管道由于其自身的优点,现广泛应用在市政给排水、电厂补给水或循环水、污水处理、石油化工工业等许多方面。

  从国外的应用来看,尤其是一些发达的西方国家,如西欧、美国,玻璃钢夹砂压力管道已在相当大的领域取代了传统管材。如在美国,1984年统计在管道系统中的应用已达15万公里,其中较大口径管道大都采用玻璃钢夹砂压力管。从国内的应用来看,玻璃钢夹砂压力管道的应用也呈大幅度上升趋势,据不完全统计,全国使用的DN400以上玻璃钢夹砂压力管道已逾千公里,同时PRMP管已被国家建设部列为推广使用项目。

  综上所述,PRMP管是一种性能先进、经济效益明显的管材,必将在我国的基础建设中发挥更大的作用。

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